桩基用C35超缓凝混凝土的配制与工程应用

 

1工程概况及技术难点
北京城市副中心站综合交通枢纽工程项目位于城市副中心“一带一轴”空间结构的交汇处,其连接M6线、平谷线、M101线3条轨道交通线路和京唐铁路、城际联络线两条铁路线路,成为亚洲最大的地下综合交通枢纽。项目用地范围约61万m2,地下总建筑面积约128万m2,地上面积约139万m2。车站为地下3层,整体埋深为32m。和以往地上车站建设不同的是,此地下车站建设将采用逆作施工的方法,即正常由下至上建设顺序,此次需要颠倒过来,即先建地下1层、再建地下2层,最后建地下3层。

应用部位设计为一桩一柱,桩基最大直径2.6m、桩孔深度72m,单个钢筋笼最重达到60t。施工工艺为预先浇筑工程桩后,向已浇筑完混凝土的桩体内插入1个直径1.4m,插入深度5.4m钢管柱,钢管垂直度要求控制在1‰。桩基作业体量大,要求精度高,现场大型机械作业多,为每个桩基作业时长增加了诸多不确定因素,因此对混凝土凝结时间要求较严格。

 

目前,超缓凝混凝土常采用减少水泥用量和增加外加剂用量或调整外加剂凝结时间的方式进行调整,虽然可以增加混凝土的凝结时间,但混凝土的和易性大幅降低,普遍存在强度低、粘性差、易离析分层等现象,且其凝结时间受材料、气温变化、施工环境温湿度等因素影响而波动大,根据超缓凝混凝土的特点以及副中心交通枢纽工程的施工要求,进行超缓凝混凝土配合比的设计并将其应用到实际工程中。

2试验部分

2.1试验原材料及性能

(1)水泥:规格P·O42.5(低碱低面),水泥物理性能见表1。

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(2)粉煤灰:规格F类II级粉煤灰,其细度为9.8%,烧失量为3.25%,需水量比为98%。

(3)矿粉:采用三河产S95级矿粉,其性能指标见表2。

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(4)砂:采用河北曲阳产II区中砂。超缓凝混凝土对砂含水、砂含泥量、细度模数、泥块含量的变化非常敏感,故要求选择同一产地、同一厂家质量稳定的天然砂。

 

(5)碎石:采用河北涞水生产的525mm碎石,其含泥量为0.2%,泥块含量为0.1%,压碎指标为6.8%,针片状颗粒含量为2.6%,石子粒径良好。

(6)减水剂:采用减水剂(缓凝型),减水率为29%。

(7)拌合水:生活饮用水,符合行业标准JGJ63-2006《混凝土用水标准》。

2.2配合比设计

采用粉煤灰与矿粉双掺技术,增加混凝土流动性,延长混凝土凝结时间。选用保坍性能高的外加剂。混凝土评定时间应为60d。混凝土48h坍落度损失不大于20mm,56h混凝土坍落度不小于160mm。在普通C35混凝土配合比基础上,优选原材料,保证原材料充足稳定,提高胶凝材料总量,提高混凝土强度等级,配制出在保证混凝土设计强度的基础上工艺要求的超长缓凝时间的大流态混凝土,满足承压桩灌注以及后期钢管柱插入的精确定位需求。

采用聚羧酸系高性能减水剂复合缓凝剂及增稠剂,在保证混凝土缓凝时间的同时,更有效地保证了混凝土的后期强度。

 

3试验结果与讨论

3.1不同水胶比对混凝土性能的影响

选取3种不同的水胶比进行试验,分别是0.40、0.37、0.35,在保持用水量、水泥用量、外加剂掺量不变的前提下,研究水胶比对超缓凝混凝土和易性和强度的影响。具体配合比见表3,试验结果见表4。

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由表3可知,随着水胶比的增大,混凝土凝结时间变长,但强度却变低。其中SP2、SP3基本符合工程要求,考虑到经济性,选用SP2进行优化。

3.2外加剂掺量对混凝土凝结时间和强度的影响

在保持水胶比、用水量、砂率一定的参数下,选取外加剂掺量为3.0%、3.5%、4.0%进行试拌,观察混凝土拌合物出机状态,分析不同掺量对混凝土凝结时间和强度的影响。试拌配合比见表5,试验结果见表6。

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由表5可以看出,三盘混凝土拌和物出机状态、和易性都较好,凝结时间和强度也都符合工程要求,但外加剂为3.0%的拌和物凝结时间满足施工要求,所以不建议选取3.0%的掺量进行生产;从混凝土和易性、经济性考虑,优先选用SP5配合比(即外加剂掺量3.5%)。

3.3 砂含泥量对混凝土坍落度损失、凝结时间和强度的影响

以SP5为试验配合比,选取含泥量分别为2%、5%、8%的中砂进行超缓凝试拌,分析含泥量对拌合物出机状态、凝结时间、混凝土强度的影响。试验结果见表7。不同含泥量48h坍落度损失变化如图1所示。

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由表7、图1可以看出,在相同材料用量下,随着砂含泥量的增加,混凝土凝结时间变短,混凝土抗压强度也大幅降低,且保坍性能变差;混凝土48h坍落度损失随着含泥量增加而变大,当含泥量为8%时,拌合物的凝结时间、48h坍落度损失以及强度满足不了工程要求。可见砂含泥量对超缓凝混凝土的影响较大,所以在生产中要严格把控砂含泥量的波动变化。

3.4不同砂率对超缓凝混凝土性能的影响

分别选取砂率39%、42%、45%的中砂进行超缓凝试拌,在用水量相同、出机坍落度相同的情况下,分析砂率对混凝土拌和物状态、凝结时间的影响。试验配合比见表8,试验结果见表9。

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由表8可以看出,砂率越大,混凝土的出机扩展度越大,随着时间的增长,混凝土拌和物的扩展度损失也越快,凝结时间短。因此合理控制混凝土砂率,保证混凝土凝结时间。

4工程应用

4.1混凝土生产质量控制

(1)超缓凝所用原材料质量必须保持稳定,如发现原材料质量波动,应提前进行试拌验证,验证外加剂适应性。

(2)由于超缓凝混凝土必须使用超缓凝外加剂,所以整个生产过程必须严格控制,绝对不能用错外加剂,也不能将缓凝剂用于其他混凝土

(3)严格控制混凝土坍落度范围(230~250mm),外加剂掺量不宜为上限,新拌混凝土静置后无骨料下沉情况,现场混凝土入模温度不低于5℃。

(4)混凝土到现场后每车必须观测混凝土和易性,有无分层离析情况,确保没问题后方可浇筑;若出现离析、骨料下沉等情况可采取同等比例砂浆低超缓凝外加剂掺量的方式调整。

(5)每根超缓凝桩应多留置1组试块用来观察混凝土凝结时间,试块需用保鲜膜覆盖。

混凝土施工过程中观测混凝土的情况,超缓凝混凝土主要通过凝结时间来表征,混凝土坍落度、扩展度、V形漏斗、初终凝时间等试验观测混凝土拌合物状态,用配合比SP5进行施工生产,其性能指见表10。

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5结束语

超缓凝混凝土在设计配比时,要提高胶材用量,保障混凝土后期强度。逆作法的施工工艺,配比需要提高混凝土砂率,减少石子在插管时的阻力,但砂率也不宜过大。混凝土生产时要时时监测砂含水的变化,砂含水变化时及时调整混凝土用水,保障因砂含水的波动影响混凝土凝结时间。提高混凝土的搅拌时间,避免因搅拌时间不足出现混凝土后滞泌水现象。

 


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